固體氧化物燃料電池多目標(biāo)優(yōu)化及熱機聯(lián)合系統(tǒng)性能分析.pdf

1、隨著能源危機的愈發(fā)嚴(yán)峻以及環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，高效率，低污染的能源利用方式越來越受到人們的高度重視。為了有效的利用能源和更好的保護環(huán)境，尋求合適的新能源及清潔能源成為世界各國關(guān)注的焦點，而不斷以提高能量轉(zhuǎn)換裝置的性能則一直是能源技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。燃料電池是一種高效、潔凈的發(fā)電裝置，它將外界輸入的燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能并持續(xù)向外供電。這種發(fā)電技術(shù)不僅緩和了使用化石能源引起的污染排放問題，還提高用電的靈活性和可靠性。本論文建立了一個經(jīng)典固

2、體固體氧化物燃料電池模型，分析驗證了各種運行工況對固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的影響，采用遺傳算法對燃料電池的效率及體積進行多目標(biāo)優(yōu)化;固體氧化物燃料電池的高溫余熱驅(qū)動熱機循環(huán)，建立了固體氧化物燃料電池-熱機混合系統(tǒng)，從而提高總體系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。具體研究內(nèi)容如下:
　　第一章,介紹了燃料電池的發(fā)展歷史，研究背景和意義。
　　第二章,介紹了固體氧化物燃料電池(SOFC)工作原理，考慮其熱力學(xué)及電化學(xué)過程的不可逆因素，建立了固體氧化

3、物燃料電池完整的熱力學(xué)和電化學(xué)的不可逆模型。然后，確定一個固定運行參數(shù)的燃料電池系統(tǒng)，通過理論分析和數(shù)值模擬的方法來研究運行參數(shù)如工作溫度，壓力，電解質(zhì)厚度，空氣當(dāng)量及燃料當(dāng)量們對電池性能的影響，得出下一步對燃料電池系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化計算的理論依據(jù)。
　　第三章,對于輸出功率給定的燃料電池系統(tǒng)，推導(dǎo)出其系統(tǒng)尺寸的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合第二章得出的系統(tǒng)效率的數(shù)學(xué)模型，利用多目標(biāo)遺傳算法進行有關(guān)系統(tǒng)效率和系統(tǒng)尺寸的多目標(biāo)優(yōu)化計算。其中決策變量有四

4、個，分別是電流密度，空氣當(dāng)量，燃料當(dāng)量和工作壓力。優(yōu)化過程得出一組反映系統(tǒng)效率優(yōu)化和系統(tǒng)尺寸優(yōu)化兩者權(quán)衡關(guān)系的Pareto解集和四個決策變量的解集。通過分析決策變量解集與兩個目標(biāo)變量解集之間的關(guān)系，得出決策變量的優(yōu)化區(qū)間。
　　第四章,充分利用固體氧化物燃料電池的高品質(zhì)余熱來驅(qū)動一個采用不可逆卡諾循環(huán)的熱機，這樣混合系統(tǒng)的輸出功率和效率都得到了提升。本章中考慮熱力學(xué)和電化學(xué)不可逆性以及燃料電池與熱機之間的導(dǎo)熱熱阻等各種損失，建立了